2ª Série


Atividade 3

Comportamento anormal da água


Em geral, elevando-se a temperatura de uma substância ocorre um aumento do volume.
A água, por sua vez, não se comporta termicamente como a maioria das substâncias, e isso causa consequências muito importantes na natureza, em virtude da sua abundância em nosso planeta. 
Aquecendo certa massa de água, inicialmente a 0°C, até a temperatura de 100°C, verificamos que de 0°C a 4°C o volume diminui, pois o nível da água no recipiente baixa, ocorrendo contração. A partir de 4°C, continuando o aquecimento, o nível da água sobe o que significa aumento de volume, ocorrendo dilatação.


Esse comportamento é explicado pela existência de um tipo especial de ligação entre suas moléculas: as chamadas pontes de hidrogênio.
Essa ligação é de natureza elétrica e ocorre entre átomos de hidrogênio de moléculas diferentes. As pontes de hidrogênio estabelecem-se porque as moléculas de água são polares, isto é, apresentam certa polaridade elétrica. 
Portanto, quando a temperatura de certa quantidade de água aumenta a partir de 0 ºC, ocorrem dois efeitos que se opõem quanto à sua manifestação macroscópica.
• a maior agitação térmica molecular produz um aumento na distância média entre as moléculas, o que se traduz por um aumento de volume.
Ambos os efeitos estão sempre ocorrendo. A predominância de um ou outro efeito é que vai acarretar na dilatação ou contração da água. Daí podemos concluir que, de 0 ºC a 4 ºC, predomina o segundo efeito (rompimento das pontes de hidrogênio), acarretando a contração da água. No aquecimento acima de 4 ºC, o efeito predominante passa a ser o primeiro (aumento da distância entre as moléculas) e, por isso, ocorre a dilatação. 
Esse comportamento anormal da água permite a existência de vida marinha nas regiões onde o inverno é extremamente rigoroso. 
Tal fenômeno permite que os lagos tenham suas superfícies congeladas, porém, a água no fundo permanece no estado líquido, com temperaturas entre 0 ºC e 4 ºC. 
A densidade (d = m/v) varia inversamente com o volume V. Então, de 0 °C a 4 °C a densidade da água aumenta, pois o volume diminui, nesse intervalo. Acima de 4°C, o volume da água aumenta e, portanto, a densidade diminui. Sendo o volume da água mínimo a 4°C, nessa temperatura ela apresenta sua densidade máxima. O gráfico abaixo mostra como a densidade da água varia com a temperatura:
Quando caí a temperatura ambiente, a água se resfria por convecção: a água da superfície, mais fria, desce, pois tem maior densidade que a água do fundo, que, sendo mais quente, sobe.
No entanto, ao ser atingida a temperatura de 4 °C, a movimentação por diferença de densidade não é mais possível, pois a essa temperatura a água tem densidade máxima. Continuando o resfriamento do ambiente, a densidade da água superficial diminui, não podendo mais descer. Assim, chega a se formar gelo na superfície e a água no fundo permanece líquida. Contribui para esse fenômeno o fato de a água e o gelo serem isolantes térmicos. No diagrama abaixo, representa-se uma situação em que o ambiente está a - 5 °C e a água no fundo está a 4 °C.


Sobrefusão 

A sobrefusão é um fenômeno que consiste em resfriar um líquido, lentamente e sem pertubação, abaixo de sua temperatura de fusão (ponto onde uma substancia passa de líquido para sólido e vice-versa), sem que ele passe para o estado sólido. Este acontecimento é explicado admitindo que o líquido sobrefundido se encontre em estado de equilíbrio meta-estável, onde apesar de estar em temperaturas abaixo do mínimo para se manter líquido, ainda há calor retido em seu interior suficiente para o manter líquido, formando cristais apenas ao redor de impurezas. Esta explicação é justificada pelo fato de que qualquer pertubação que o líquido é submetido (seja uma partícula em contato, ou uma movimentação), ele solidifica-se completa e instantaneamente. Assim que o líquido sobrefundido se solidifica, ele imediatamente aumenta sua temperatura até seu ponto de ebulição, e torna-se líquido.
Portanto, não pense que é mentira se você ver em algum lugar, freezers armazenando água ou cerveja à -6ºC, lá eles estão quietos e sendo resfriados lentamente, por isso não cristalizam, isso até alguém chegar com sua mão e liberar a reação.

As cervejas, nada mais é do que uma solução aquosa. Na água nós temos as substâncias responsáveis pelo sabor e odor dissolvidas, juntamente com o álcool e o gás carbônico. Ao ser engarrafada, a pressão interna aumenta, abaixando o ponto de congelamento. A presença do álcool também abaixa o ponto de congelamento, mas por estar presente em pequena quantidade (aproximadamente 5% na cerveja), altera pouco. A mistura de todas estas substâncias é que explica porque a cerveja não congela em temperatura bem abaixo da de congelamento da água, sendo possível encontrá-la no estado líquido mesmo abaixo de 0 ºC.
A sobrefusão ocorre porque a cerveja recebe em sua fabricação a adição de gás carbônico (CO2), que aumenta a pressão dentro da garrafa. A pressão e as baixas temperaturas fazem com que uma quantidade maior de gás carbônico permaneça no líquido. Em certas temperaturas pouco abaixo de zero graus Celsius, essa mistura encontra-se em estado bastante instável (em sobrefusão), em que uma pequena alteração na temperatura basta para congelá-la.
Quando seguramos a garrafa pelo meio, causamos um desequilíbrio em seu interior, O calor de nossas mãos faz com que mais gás carbônico dissolvido na cerveja passe do estado líquido para o estado gasoso, sendo liberado. Isso reduz ainda mais a temperatura do líquido, que acaba congelando. Quando, porém, seguramos a garrafa pelo gargalo, a alteração é mínima e a cerveja permanece líquida.

Questões para refletir. (copiar e responder no caderno)

1. De acordo com o texto, qual a razão da água diminuir seu volume quando aquecemos ela de 0º C à 4º C ?
2. De acordo com o texto, o que tem de importância para o ecossistema, em regiões de inverno rigoroso, o comportamento anormal da água ? 
3.  Explique porque uma garrafa fechada com líquido estoura no congelador e quando gaseificada não estoura.
4. Determine a quantidade de calor cedida ao ambiente (em joules) e a potência térmica  (em watt) necessária para transformar a massa de 500 gramas de água à 30º C em gelo à 0º C durante 10 segundos, sob pressão normal. Adote:
calor específico da água = 1 cal/ g ºC
calor latente do gelo para solidificação = - 80 cal/ g
1 caloria = 4,2 joules (aproximadamente)




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Avaliação para os dias 6, 7 e 8 de março (até as 18 horas). 
Não esqueça de identificar-se e concluir a avaliação no final.

Assuntos: Termometria e Dilatometria

Acesso o link e boa prova: 

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Atividade 2

Dilatometria no cotidiano


Em 11 de junho de 1996, véspera do Dia dos Namorados, as centenas de pessoas que circulavam pelo Osasco Plaza Shopping, na Grande São Paulo, viveram um dia de horror, que comoveu todo o País. O gás que passava na tubulação abaixo do piso da praça de alimentação vazou e, pelo contato com alguma faísca, fez voar parte do prédio. A explosão matou 42 pessoas e feriu 372.

Semanas antes da explosão, clientes e funcionários reclamavam do forte odor de gás de cozinha que havia na praça de alimentação. A administração do shopping chegou a chamar técnicos da distribuidora, na época a Ultragás, para averiguar se havia vazamento na rede. Entretando, mesmo após duas visitas, nada foi constatado. A administradora resolveu então chamar técnicos da concorrente Liquigás, mas nada encontraram também. 
A principal causa apontada para a explosão foi a falta de ventilação no porão onde se encontrava a tubulação de gás. Porém, durante a perícia, foram constados outros erros, dentre eles o fato de o local da instalação de gás não ter sido o previsto no projeto e o uso de roscas e vedações inadequadas. 
A administradora do shopping e a construtora entraram numa batalha judicial, relegando a culpa entre elas. Em 1999 foram condenados por negligência o diretor comercial do shopping, Marcelo Marinho Zanotto e os engenheiros Antônio das Graças Fernandes, Rubens Molinari, Edson Pope e Flávio Camargo. Em 2005, quase 10 anos após o acontecido, o Tribunal de Justiça de São Paulo absolveu os quatro engenheiros. 
A reforma foi estimada em 5 milhões e muitos comerciantes perderam tudo. A administradora do shopping afirmou ter pago cerca de R$ 25 milhões em indenizações, tendo ressarcido os danos de todos os acidentados, mesmo assumindo a postura de culpar a distribuidora Ultragás pela tragédia. 
Ao sofrer uma variação de temperatura, todas as dimensões de um corpo se alteram, microscopicamente a dilatação térmica explica-se pela modificação dos espaços intermoleculares. Quando a temperatura aumenta, cresce a agitação molecular: a consequência imediata é o aumento da distância média entre as moléculas, o que se traduz, macroscopicamente, por um aumento nas dimensões do corpo. Raciocínio análogo pode ser feito para explicar a diminuição das dimensões do corpo quando sua temperatura diminui.
Para o comprimento de uma barra, trilhos, tubos, fios, qualquer distância entre dois pontos considerada falamos em dilatação térmica linear e para isso devemos deixar juntas próprias para não causar danos materiais e vitimas como ocorreu na tubulação de gás no shopping de Osasco.
Modelos de juntas de dilatação térmica linear para tubulações



Questões para refletir  (copiar e responder no caderno) para o dia 3 de março

1. Qual foi a causa do acidente no Shopping Osasco em 1996 e como poderia ser evitado?
2. Uma tubulação de 5000 metros pode sofrer variação de temperatura de até 50º C no subsolo. Determine o comprimento final de cada tubulação feita dos metais da tabela abaixo.
3. Explique o funcionamento do radiador nos veículos e a utilização da mangueira sanfonada em destaque na cor azul da foto abaixo.



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Atividade 1

Criogenia humana

A técnica de manter cadáveres congelados anos a fio para ressuscitá-los um dia é chamada de criogenia humana. Hoje, isso já dá certo com embriões: óvulos fecundados podem ficar na "geladeira" com chances boas de sobreviver a um descongelamento - estima-se que perto de 60% deles conseguem vingar, dando origem a um bebê. Por isso, um bocado de gente acredita que isso ainda vai funcionar com seres humanos inteiros. Até agora, cerca de 111 pessoas já foram congeladas depois da morte e esperam por vida nova no futuro.
A ideia é fantástica: você morre e os médicos o colocam num tanque de nitrogênio líquido, guardado próximo a 73 Kelvin, temperatura em que o cadáver não apodrece. Aí, daqui a uns 500 anos, os cientistas descobrem um jeito de combater a doença que causou sua morte e o degelam. Uma beleza, né? Mas o processo não é tão simples. "Os próprios métodos usados para congelar uma pessoa causam danos às células que só poderiam ser reparados por tecnologias que ainda não existem", afirma o físico americano Robert Ettinger, considerado o grande divulgador da criogenia. Por enquanto, o congelamento não funciona com pessoas porque o líquido que compõe as células vira gelo, aumentando de tamanho e fazendo-as trincar. Com os embriões congelados, esse efeito é evitado com a aplicação de substâncias químicas que driblam a formação de cristais de gelo, impedindo que as paredes celulares se danifiquem. "Mas com os seres humanos desenvolvidos o problema é que cada tipo de célula exige uma substância protetora diferente, e muitas delas ainda não foram inventadas", diz o ginecologista Ricardo Baruffi, da Maternidade Sinhá Junqueira, em Ribeirão Preto (SP), um especialista em congelamento de embriões. Quer tentar a sorte mesmo assim? Então é melhor se mudar para os Estados Unidos, porque as duas únicas empresas no mundo com estrutura para receber novos "pacientes" ficam lá. E, se você quiser levar um bichinho de estimação para não se sentir muito sozinho daqui a 500 anos, sem problemas. Dez gatos, sete cachorros e até um papagaio já entraram nessa fria com seus donos.

Assista o vídeo sobre criogenia 


Questões de reflexão (copiar e responder no caderno) dia 5/fevereiro/2015

1. A criogenia ocorre, segundo o texto, na temperatura próxima de 73 kelvin. Determine esta temperatura na escala celsius e na escala fahrenheit.
2. Por que, segundo o texto, ainda não é possível realizar com sucesso a criogenia nos seres humanos?
3. Por que, segundo o vídeo, as pessoas são congeladas e armazenadas de cabeça para baixo?

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